近日，我院徐长航教授团队在先进复合材料低功率超声激励热成像检测方面取得新的研究进展，相关研究成果《低功率超声激励热成像技术在纤维金属层合板脱粘缺陷检测中的实验与数值研究》（Experimental and numerical research of debonding defects detection in fiber metal laminates using low-power ultrasonic-induced thermography）发表在《Composites Part B: Engineering》。《Composites Part B: Engineering》是复合材料领域的国际顶级期刊，目前影响因子为14.2（SCI一区Top）。论文第一作者为安全科学与工程学科博士研究生张玉彬，通讯作者为徐长航教授，开云电竞投注（华东）为第一署名单位和唯一通讯单位，加拿大拉瓦尔大学、中国民航大学等为共同合作单位。该研究得到了国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、加拿大自然科学与工程研究理事会探索计划和中国国家留学基金等项目联合资助。
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纤维金属层合板(FMLs)是一类由金属薄板与纤维增强聚合物层交替叠合而成的先进复合材料，兼具金属的延展性与复合材料的轻质高强特性，因其优异的疲劳寿命与抗冲击性能，被广泛应用于航空航天结构，如空客A380飞机机身蒙皮等。然而，在制造及服役过程中，金属层与聚合物层之间由于热膨胀系数差异，会在固化和服役阶段产生显著的热残余应力，从而引发或加剧界面脱粘缺陷。这类缺陷会削弱层间载荷传递能力，严重时可导致结构早期失效。针对FMLs内部界面脱粘缺陷的高效、非破坏性检测，是保障复合结构长期服役安全的关键科学与工程问题。射线检测、超声扫描、光激励红外热成像等无损检测方法存在检测消效率低、深层或微小缺陷检测效果差等局限。针对这些挑战，研究团队根据FMLs结构和缺陷特点，提出一种基于低功率超声激励红外热成像（LUIT）的方法，实现了对纤维金属层合板脱粘深层、微小缺陷的快速、直观、可视化检测，同时能够避免传统超声红外热成像检测技术由于激励功率过大引入新的损伤风险。
研究对象
研究团队自主搭建了由“空气耦合声学响应测量系统”和“LUIT热成像系统”组成的双模块实验平台。通过引入双谱分析方法，成功从超声响应信号中提取最优激励频率，实现了无需复杂多普勒激光测振设备即可确定优化激励频率的便捷方案。该方法能够显著提升检测效率与灵敏度，为LUIT技术在实际工程中的应用提供实用化路径。实验结果表明，该技术可在功率不大于20W的超声激励下在缺陷区域造成明显温升从而形成清晰的热对比效果，实现了深层微小缺陷的有效检测。为探究上述LUIT技术的相关检测机理，论文基于Python脚本对Abaqus平台进行二次开发，自主构建了集模态分析、隐式动力学计算与热-力多物理场耦合等多项功能于一体的数值分析模型。通过揭示检测过程中多种能量之间转换机理和多物理场演化规律，为实验结果的机制解释提供了理论支持。
研究提出的LUIT检测机理数值模拟框架
研究结果
研究提出的结合实验观测与多物理场模拟的统一分析框架，为复杂层合结构界面损伤的低功率超声红外热成像可视化检测提供了新的思路与技术路径。相关研究成果不仅适用于典型的铝-玻璃纤维层合体系，也可推广至铝/碳纤维、钛/碳纤维及铝/芳纶等多种异质界面材料系统，具有重要的工程应用前景。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359836825010339?via%3Dihub
